خورشید ، زندگی

خورشید، گوی غول پیکر درخشانی در وسط منظومه شمسی و تامین کننده نور، گرما و انرژی های دیگر زمین است. این ستاره به طور کامل از گاز تشکیل شده است. بخش بشتر این گاز از نوعی می باشد که به نیروی مغناطیسی حساس است. این نوع از گاز به خاطر همین حساسیت، بسیار خاص می باشد. دانشمندان به آن پلاسما* می گویند.(* پلاسما حالت چهارم ماده است. در خیلی جاها این چنین آموزش می دهند که ماده دارای سه حالت جامد، مایع و گاز است. پلاسما گاز شبه خنثایی از ذرات باردار و خنثی است که رفتار جمعی از خود ارائه می‌دهد. به عبارت دیگر می‌توان گفت که واژه پلاسما به گاز یونیزه شده‌ای اطلاق می‌شود که همه یا بخش قابل توجهی از اتمهای آن یک یا چند الکترون از دست داده و به یونهای مثبت تبدیل شده باشند. یا به گاز به شدت یونیزه شده‌ای که تعداد الکترونهای آزاد آن تقریبا برابر با تعداد یونهای مثبت آن باشد، پلاسما گفته می‌شود. توضیحات بیشتر را در ادامه مقاله مطالعه خواهید نمود.) نه سیاره و قمرهایشان، ده ها هزار خرده سیاره و چندین تریلیون شهاب سنگ به دور خورشید در گردشند. خورشید و همه این اجرام در منظومه شمسی می باشند. زمین با میانگین فاصله تقریبی ۱۴۹.۶۰۰.۰۰۰ کیلومتر از خورشید در حرکت است.
شعاع خورشید (فاصله بین مرکز تا سطح آن) حدود ۶۹۵.۵۰۰ کیلومتر، تقریبا ۱۰۹ برابر شعاع زمین است. مثال زیر به شما کمک می کند تا مقیاس خورشید، زمین و فاصله بین آنها را تصور کنید: اگر شعاع زمین را به اندازه عرض یک گیره کاغذ معمولی تصور کنیم، شعاع خورشید تقریبا برابر با پایه یک میز تحریر و فاصله آنها حدودا به اندازه ۱۰۰ قدم خواهد بود.
قسمتی از خورشید که ما می بینیم دمایی حدود ۵۵۰۰ درجه سانتیگراد دارد. ستاره شناسان دمای ستارگان را با واحدی به نام کلوین (Kelvin) اندازه گیری می کنند و به طور خلاصه آن را K می نویسند. یک کلوین دقیقا برابر با ۱ درجه سلسیوس یا ۱.۸ درجه فارنهایت است، اما تفاوت واحد کلوین با واحد سلسیوس در نقطه شروع آنهاست. مقیاس واحد کلوین از صفر مطلق که برابر است با ۲۷۳.۱۵ – درجه سانتیگراد آغاز می شود. بنابراین دمای سطح خورشید ۵۸۰۰K و دمای هسته خورشید بیش از ۱۵میلیون K می باشد.
انرژی خورشید به واسطه واکنش های ترکیبی اتمی در اعماق هسته آن تامین می شود. در یک واکنش ترکیبی دو هسته اتم با یکدیگر همراه شده و هسته ای جدید را به وجود می آورند.
این ترکیب با تبدیل اجزای هسته به انرژی، تولید انرژی می کند. خورشید مانند زمین مغناطیسی است. دانشمندان با در نظر گرفتن میدان مغناطیسی یک جرم، خاصیت مغناطیسی آن جرم را تشریح می کنند. میدان مغناطیسی محدوده ای است که از همه فضای اشغال شده توسط یک جرم و بیشتر فضای پیرامون آن شامل می شود.
دانشمندان محدوده ای که در آن نیروهای مغناطیسی شناسایی می شوند(مثلا به وسیله قطب نما) را میدان مغناطیسی می نامند. فیزیکدانان خاصیت مغناطیسی یک جرم را بر اساس قدرت میدان مغناطیسی آن توصیف می کنند. این قدرت برابر است با نیرویی که یک میدان مغناطیسی بر یک جسم مغناطیسی مانند سوزن قطب نما اعمال می کند. قدرت میدان مغناطیسی عمومی خورشید تنها دو برابر قدرت میدان مغناطیسی زمین می باشد. ولی میدان مغناطیسی خورشید در مناطق کوچکی به شدت متمرکز است، با قدرتی معادل ۳۰۰۰ بار بیشتر از اندازه میدان مغناطیسی عمومی آن. این مناطق شکل دهنده ساختمان خورشید و به وجود آورنده ترکیبات سطح و اتمسفر آن یعنی منطقه ای که ما می بینیم می باشند. مناطق نسبتا سرد و لکه های خورشیدی، فوران های بسیار دیدنی که به آنها زبانه های خورشیدی می گویند و شعله های تاج خورشید، شکل کلی سطح خورشید را ایجاد می نمایند.
زبانه های خورشیدی شدیدترین انفجار و فوران در منظومه شمسی می باشند. سپس شعله های تاج خورشید که دارای شدتی کمتر از زبانه ها و محتوی مقدار بسیار زیادی ماده می باشند. تنها یک فوران در تاج خورشید می تواند حدود ۲۰ بیلیون تن ماده را در فضا پخش کند. یک مکعب از جنس سرب که هر ضلع آن برابر با ۱.۲ کیلومتر است می تواند چنین جرمی داشته باشد.
خورشید ۴.۶ بیلیون سال پیش متولد شد و سوخت لازم برای اینکه تا ۵ بیلیون سال دیگر به همین صورت باقی بماند را دارد. پس از آن اندازه خورشید آنقدر بزرگ می شود تا اینکه به نوعی از ستاره به نام غول سرخ تبدیل می شود. در آن هنگام لایه های بیرونی خود را با فراافکنی از دست می دهد. با فرو ریختن آنچه از خورشید باقی می ماند، به جرمی با نام کوتوله سفید تبدیل می شود و آرام آرام روشنایی خود را از دست می دهد و سرانجام وارد دوره جدید زندگی خود، به شکل یک جرم کم نور و سرد که گاهی به آن کوتوله سیاه می گویند، می شود.

جرم و چگالی
جرم خورشید ۹۹.۸ درصد از جرم کل منظومه شمسی است. این جرم معادل عدد ۱۰۲۷ X۲ تن می باشد که با یک ۲ و بیست وهفت صفر مقابل آن نوشته می شود. جرم خورشید ۳۳۳.۰۰۰ برابر جرم زمین است. میانگین چگالی آن حدود ۹۰ پوند در هر فوت مکعب و یا ۱.۴ گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد. این مقدار تقریبا معادل ۱.۴ برابر چگالی آب و کمتر از یک سوم میانگین چگالی زمین است.
بیشتر اتمهای خورشید، مانند اغلب ستارگان، اتمهای عنصر شیمیایی هیدروژن می باشند. بعد از هیدروژن، عنصر هلیوم در خورشید بسیار یافت می شود و بقیه جرم خورشید از اتمهای هفت عنصر دیگر تشکیل شده است. به ازای هر ۱ میلیون اتم هیدروژن در کل خورشید، ۹۸.۰۰۰ اتم هلیوم، ۸۵۰ اتم اکسیژن، ۳۶۰ اتم کربن، ۱۲۰ اتم نئون، ۱۱۰ اتم نیتروژن، ۴۰ اتم منیزیوم، ۳۵ اتم آهن و ۳۵ اتم سیلیکون وجود دارد. بنابراین حدودا ۹۴ درصد از اتمها، هیدروژن و حدود ۰.۱ درصد اتمهایی غیر از هیدروژن و هلیوم می باشند.
اما هیدروژن سبک ترین عنصر است و ۷۲ درصد از جرم این ستاره را تشکیل می دهد. هلیوم ۲۶ درصد از جرم خورشید را به خود اختصاص داده است.
درون خورشید و بیشتر اتمسفر آن از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما گازی است که دمای آن به قدری زیاد است که به نیروی مغناطیسی حساس می باشد. دانشمندان گاهی به تفاوتهای بین گاز و پلاسما بسیار تاکید کرده و پلاسما را حالت چهارم ماده، در کنار سه حالت جامد، مایع و گاز، می نامند. ولی در حالت کلی، دانشمندان تنها در صورت لزوم بین گاز و پلاسما تفاوت قائلند.
تفاوت اساسی بین گاز و پلاسما متاثر از حرارت بسیار شدید است: این حرارت باعث جدا شدن اتهای گاز می شود. آنچه باقی می ماند – یعنی پلاسما – از اتمهای باردار به نام یون و ذرات باردار به نام الکترون که به طور مستقل حرکت می کنند، تشکیل شده است.
یک اتم خنثی شامل یک یا چند الکترون است که مانند یک پوسته در اطراف هسته مرکز اتم عمل می کنند. هر الکترون حامل یک بار منفی الکتریکی است. هسته در قلب مرکزی یک اتم جای گرفته است که تقریبا همه جرم اتم را دارد. ساده ترین شکل هسته، که همان هسته هیدروژن است، از یک ذره به نام پروتون تشکیل شده است. یک پروتون حامل یک بار مثبت الکتریکی است. بقیه شکل های هسته شامل یک یا چند پروتون و یک یا چند نوترون می باشند. نوترون بار الکتریکی ندارد بنابراین بار الکتریکی همه هسته ها مثبت است. یک اتم خنثی به تعداد پروتونهایش، الکترون دارد بنابراین مجموع بارهای آن برابر با صفر است.
یک اتم یا مولکول که یک یا چند الکترون خود را از دست بدهد بار مثبت پیدا می کند و به آن یون یا یون مثبت می گویند. بیشتر اتمهای خورشید، یونهای مثبت هیدروژنند. بنابراین، بیشتر خورشید شامل پروتون و الکترون های مستقل است.
مقدار نسبی پلاسما و دیگر گازها در یک منطقه مشخص شده از اتمسفر خورشید به دمای آن منطقه بستگی دارد. با افزایش دما، اتمهای بیشتر و بیشتری یونیزه می شوند و اتم های یونیزه شده الکترون های بیشتر و بیشتری از دست می دهند. تاج خورشید نام منطقه ای از اتمسفر خورشید است که بیش از هر جای دیگر در اتمسفر خورشید، یونیزه شده است. دمای تاج خورشید معمولا بین ۳ میلیون K تا ۵ میلیون K یعنی دمایی فراتر از دمای لازم برای جدا کردن بیش از نیمی از ۲۶ الکترون اتم آهن می باشد.
اینکه چه اندازه از اتم های یک گاز اتمهای یونیزه هستند بستگی به دما دارد. اگر دما نسبتا داغ باشد، اتمها یونیزه می شوند اما چنانچه گاز نسبتا سرد باشد امکان ترکیب شیمیایی اتمها و تشکیل مولکول به وجود می آید. بیشتر اتمهای سطح خورشید یونیزه شده اند. ولی در مناطق لکه های خورشیدی به دلیل پائین بودن دما، اتمها تشکیل مولکول می دهند.
انرژی بازده

بیشتر انرژی که خورشید ساطع می کند نور مرئی و اشعه های فروسرخ که ما آن را به صورت گرما دریافت می کنیم، می باشد. نور مرئی و پرتوهای فروسرخ، دو شکل از پرتوهای الکترومغناطیسی می باشند. خورشید همچنین پرتوهایی از ذرات که بیشتر پروتون ها و الکترون ها می باشند را ساطع می نماید.
پرتوهای الکترومغناطیسی شامل نیروی الکتریکی و نیروی مغناطیسی می باشند. این پرتوها را می توان مانند یک موج انرژی و یا بسته های ذره مانندی از انرژی به نام فوتون دانست.
نور مرئی، اشعه فروسرخ و دیگر اشکال پرتوهای الکترومغناطیسی از حیث مقدار انرژی با هم متفاوتند. شش گروه از انرژی ها، طیف انرژی های الکترومغناطیس را تشکیل می دهند. از کم انرژی ترین تا پر انرژی ترین به ترتیب عبارتند از: امواج رادیویی، اشعه فروسرخ، نور مرئی، اشعه فرا بنفش، اشعه ایکس و اشعه گاما. مایکروویو ها، که موج های بسیار قوی رادیوئی هستند، گاهی در یک رده دیگر به طور مجزا قرار می گیرند. پرتوهای خورشید شامل همه پرتوهای طیف الکترومغناطیس می باشند.
مقدار انرژی در امواج الکترومغناطیس ارتباط مستقیم با طول موج* یعنی فاصله بین قله های پیاپی آنها دارد.(*برای درک بهتر از معنی طول موج تصور کنید،حشره ای در آب یک حوض آرام دست و پا می زند و امواجی دایره ای به سمت حاشیه های اطراف حوض منتشر می شوند. به بلندترین قسمت هر موج دایره شکل “قله” می گویند. فاصله میان هر دو قله “طول موج” نامیده می شود. شمار قله هایی که در هر ثانیه به حاشیه حوض می رسند “فرکانس” نام دارد. هر چه فرکانس بیشتر باشد، طول موج کوتاه تر است). هرچه انرژی پرتو بیشتر باشد، طول موج کوتاهتر است. برای مثال پرتوهای گاما طول موجی کوتاهتر از امواج رادیوئی دارند. انرژی یک ذره فوتون بستگی به مکان آن در طیف دارد. برای مثال یک فوتون اشعه گاما انرژی بیشتری از یک فوتون رادیوئی دارد.
همه اشکال امواج الکترومغناطیس با سرعت برابر، معادل سرعت نور (۲۹۹.۷۹۲ کیلومتر در ثانیه) در فضا سفر می کنند. با این سرعت، یک فوتون آزاد شده از خورشید تنها حدود ۸ دقیقه طول می کشد تا به زمین برسد.
امواج الکترومغناطیسی که از خورشید به بالای اتمسفر زمین می رسند ثابت خورشیدی نام دارند. این مقدار برابر است با حدود ۱۳۷۰ وات در هر متر مربع. ولی تنها حدود ۴۰ درصد از این امواج به سطح زمین می رسند. اتمسفر زمین مقداری از نور مرئی و اشعه فروسرخ، تقریبا همه پرتوهای فرابنفش و تمامی پرتوهای ایکس و گاما را فیلتر می کند. تقریبا همه امواج رادیویی به سطح زمین می رسند.
پرتوهای ذرات
پروتون ها و الکترون ها دائما مانند بادهای خورشیدی از سطح خورشید بلند می شوند. این ذرات به زمین بسیار نزدیک می شوند ولی میدان مغناطیسی زمین مانع از ورود آنها به سطح زمین می شود.
به هر حال به دلیل انفجارها و گدازه های تاج و زبانه های خورشیدی، ذرات زیادی با شدت به اتمسفر زمین می رسند. این ذرات را به نام پرتوهای کیهانی خورشیدی می شناسند. بیشتر این ذرات پروتون ها هستند ولی الکترون ها نیز در آنها وجود دارند. آنها به شدت پر انرژیند. بنابراین می توانند برای فضانوردها و کاوشگرها خطرآفرین باشند.
پرتوهای کیهانی نمی توانند به سطح زمین برسند. هنگامیکه آنها با اتمسفر زمین برخورد می کنند، تبدیل به بارانی از ذرات کم انرژی تر می شوند. ولی از آنجائیکه رویدادهای خورشیدی بسیار پر انرژی هستند، آنها می توانند طوفانهای ژئومگنتیک را، بویژه در میدان مغناطیسی زمین به وجود آورند. این طوفانها می توانند باعث مختل شدن تجهیزات الکتریکی در سطح زمین شوند. برای مثال آنها می توانند با افزایش فشار بار کابلها منجر به قطع برق شوند.
رنگ
در طیف پرتوهای الکترومغناطیس، نور مرئی متشکل از رنگهای موجود در رنگین کمان می باشد. نور خورشید شامل همه این رنگها است. بیشتر پرتوهایی که از خورشید به ما می رسند رنگهای زرد تا سبز از طیف نور مرئی می باشند. در هر صورت نور خورشید سفید است. هنگامیکه اتمسفر زمین مانند یک فیلتر برای تنظیم خورشید عمل می کند، خورشید ممکن است زرد یا نارنجی به نظر رسد.
شما می توانید نور خورشید را به کمک یک منشور نگاه کرده و آن را تفکیک کنید. نور قرمز، که توسط کم انرژی ترین فوتون ها، با بلندترین طول موج، به وجود می آید در یکی از دو انتهای طیف قرار می گیرد. نور قرمز در نور نارنجی و سپس زرد محو می شود. پس از زرد، نور سبز و بعد از آن آبی را خواهید دید. آخرین رنگ نیز بنفش می باشد که با پر انرژی ترین فوتون ها و کوتاه ترین طول موج، به وجود می آید. این فهرست رنگ به این معنا نیست که نور خورشید تنها از شش یا هفت رنگ تشکیل شده بلکه هر یک از رنگ های مابین رنگهای مذکور، خود یک رنگ به حساب می آید. تعداد رنگهای موجود در طبیعت از تعداد رنگهاییکه انسان تابه حال نامگذاری کرده بسیار بیشتر است.
چرخش خورشید
خورشید تقریبا در هر ماه یک دور کامل به دور خود می چرخد. ولی از آنجائیکه خورشید یک جرم گازیست نه یک جرم جامد، قسمتهای مختلف آن با سرعت متفاوت حرکت می کند. گازهای نزدیک به خط استوای خورشید در هر ۲۵ روز یک دور کامل حرکت می کنند، در حالیکه گردش کامل گازهای موجود در عرضهای جغرافی بالاتر ۲۸ روز به طول می انجامد. محور گردش خورشید با چند درجه شیب نسبت به محور گردش زمین قرار گرفته است بنابراین قطب جغرافی شمال یا قطب جغرافی جنوب آن معمولا از زمین قابل رویت است.
ارتعاش

 

ارتعاشات خورشید مانند زنگیست که دائم در حال نواخته شدن است. خورشید در آن واحد بیشتر از ۱۰ میلیون درجه صوت مختلف ایجاد می کند. ارتعاشات گازهای خورشیدی از نظر مکانیکی شبیه به ارتعاشات هوا، که آنها را با نام امواج صوتی* می شناسیم، می باشند. از این رو ستاره شناسان امواج خورشیدی را به رغم اینکه نمی شنویم، مانند امواج صوتی می دانند. سریعترین ارتعاش خورشیدی حدود ۲ دقیقه به طول می انجامد. مدت زمان یک ارتعاش مقدار زمان لازم برای کامل شدن یک حلقه یا سیکل از ارتعاش است. آرام ترین ارتعاشی که گوش انسان قادر به تشخیص آن می باشد مدت زمانی معادل ۲۰/۱ ثانیه دارد.
بیشتر امواج صوتی خورشید از “سلولهای حرارتی” موجود در توده های متراکم گاز در اعماق خورشید سرچشمه می گیرند. (*هوا دارای خاصیت ارتجاعی می‌باشد هنگامی که یک لایه از مولکولهای هوا به جلو رانده می‌شود، این لایه به نوبه خود لایه دیگری را به جلو می‌راند و خود به حال اول بر می‌گردد. لایه جدیدی نیز لایه دیگری را به جلو می‌راند و به همین ترتیب این عمل بارها و بارها تکرار می‌گردد تا انرژی به پایان برسد. این جابجایی مولکولها اگر بیش از ۱۶ مرتبه در ثانیه تکرار ‌گردد صدا بوجود می‌آید. هر رفت و برگشت لایه هوا یک سیکل نام دارد و تعداد سیکل در ثانیه تواتر یا بسامد یا فرکانس نامیده می‌شود).این سلولها انرژی را تا سطح خورشید بالا می آورند. بالا آمدن این سلولها مانند بالا آمدن بخار از آب در حال جوشیدن است. واژه سلولهای حرارتی به همین دلیل به آنها اطلاق می گردد. هنگامیکه سلولها بالا می آیند، سرد می شوند. آنگاه به درون خورشید جائیکه بالا آمدن از آنجا آغاز می شود باز می گردند. در هنگام سقوط و پائین رفتن سلولهای حرارتی ارتعاش شدیدی به وجود می آید. این ارتعاش باعث می شود که امواج صوتی از درون سلولها خارج شوند.
از آنجائیکه اتمسفر خورشید غلظت کمی دارد، امواج صوتی نمی توانند در آن به حرکت و جریان درآیند. در نتیجه، وقتی که یک موج به سطح می رسد مجددا به درون خورشید بر میگردد. بنابراین قسمت کوچکی از سطح خورشید حرکت تند و سریعی به بالا و پائین پیدا می کند. وقتی یک موج به درون خورشید سفر می کند، به سمت بالا و سطح آن خم می شود. مقدار انحنای موج بستگی به چگالی گازی که موج درون آن حرکت میکند و مواردی دیگر دارد. در نهایت، موج به سطح می رسد و دوباره به درون بر می گردد. این رفت و آمدها تا آنجا که موج انرژی خود را در گازهای پیرامون از دست بدهد، ادامه خواهد داشت.
امواجی که به عمیق ترین فاصله از سطح خورشید فرو می روند طولانی ترین مدت را دارند. برخی از این امواج تا هسته خورشید فرو می روند و مدتی معادل چندین ساعت دارند.
گاهی اوقات، میدان مغناطیسی خورشید به شکلی ساده و گاهی به شدت پیچیده است. زمانی میدان مغناطیسی شکلی ساده دارد که محور عمودی خورشید مانند یک آهن ربای غول پیکر عمل کند. شما با انجام آزمایش براده آهن بر روی کاغذ و یک آهن ربا می توانید شکل میدان مغناطیسی آهن ربا را مشاهده کنید. بیشتر براده ها در حلقه های D شکلی که دو سر آهن ربا را به هم وصل می کنند تجمع می نمایند. فیزیکدانان میدان مغناطیسی را به صورت خطوطی فرضی که حلقه های براده آهن بر روی آنها قرار می گیرند ، فرض می نمایند. به این خطوط ، خطوط میدان مغناطیسی یا خطوط نیرو می گویند. دانشمندان به این خطوط، مسیر اختصاص داده اند. به یک سر آهن ربا قطب شمال مغناطیسی و به سر دیگر قطب جنوب مغناطیسی اطلاق می گردد. خطوط مغناطیسی از قطب شمال آهن ربا بیرون می آیند و با ایجاد یک خمیدگی از ناحیه قطب جنوب مغناطیسی وارد آهن ربا می شوند.
دلیل ایجاد میدان مغناطیسی خورشید انتقال حرارتی در خورشید است. هر ذره باردار الکتریکی می تواند با حرکت و جابجایی یک میدان مغناطیسی به وجود آورد. سلولهای حرارتی که از یونهای مثبت و الکترون ها تشکیل شده اند، به شکلی منتشر می گردند که باعث ایجاد میدان مغناطیسی خورشید می شود.
وقتی میدان مغناطیسی خورشید پیچیده می شود، خطوط مغناطیسی دچار پیچ و تاب می شوند. میدان مغناطیسی به دو دلیل این چرخش ها و پیچیدگی ها را به وجو می آورد: اول اینکه خورشید در منطقه استوایی بسیار سریع تر از قسمتهای دیگر حرکت می کند و دوم اینکه لایه های درونی خورشید بسیار سریع تر از سطح آن در گردشند. تفاوت در سرعت گردش در قسمتهای مختلف باعث کشیده شدن خطوط مغناطیسی در جهت شرق می شوند. در نهایت، این خطوط دچار اعوجاج گشته و پیچ و تاب هایی را ایجاد می نمایند.
در برخی مناطق، میدان مغناطیسی هزاران بار قوی تر از میدان مغناطیسی عمومی خورشید است. در این مناطق، دسته هایی از خطوط مغناطیسی به بیرون از سطح آمده و حلقه هایی را در اتمسفر خورشید به وجود می آورند. یکی از دو سر این حلقه ها، قطب شمال مغناطیسی است. در این نقطه جهت خطوط مغناطیسی به سمت بالا می باشد. سر دیگر این حلقه ها قطب جنوب مغناطیسی است و جهت خطوط مغناطیسی به سمت پائین و داخل خورشید است. در هر دو سر هر حلقه یک لکه خورشیدی پدیدار می گردد. خطوط مغناطیسی، یونها و الکترونها را به سمت بیرون لک های خورشیدی راهنمایی می کنند و به این صورت حلقه هایی غول پیکر از گاز تشکیل می شوند.
تعداد لکه ها بر روی خورشید به اعوجاج های میدان مغناطیسی آن بستگی دارد. تغییر تعداد آنها، از حداقل به حداکثر و دوباره به حداقل، چرخه لکه های خورشیدی نامیده می شود. میانگین مدت یک چرخه حدود ۱۱ سال می باشد.
در پایان هر چرخه از لکه های خورشیدی، میدان مغناطیسی به سرعت دچار جابجایی قطبی می شود و بسیاری از اعوجاج های خود را از دست می دهد. فرض کنید که قطب شمال مغناطیسی خورشید در آغاز یک چرخه در ناحیه قطب شمال جغرافیایی خورشید قرار دارد. در زمان شروع چرخه بعدی، قطب شمال مغناطیسی خورشید در محل قطب جنوب جغرافیایی آن قرار می گیرد. یک تغییر قطبی از یک جهت به جهتی دیگر و بازگشت مجدد آن برابر با دو چرخه پیاپی و درنتیجه معادل ۲۲ سال می باشد.
ترکیب هسته ای در مرکز خورشید به دلیل دما و تراکم فوق العاده زیاد می تواند صورت پذیرد. از آنجائیکه بار ذرات مثبت است، تمایل به دفع یکدیگر دارند اما دما و تراکم هسته خورشید به قدری زیاد است که می تواند آنها را در کنار یکدیگر نگاه دارد.
رایج ترین ترکیب هسته ای در مرکز خورشید زنجیره پروتون-پروتون نام دارد. این فرایند زمانی انجام می گیرد که ساده ترین شکل از هسته های هیدروژن (دارای یک پروتون) در یک آن کنار هم قرار می گیرند. نخست، هسته ای متشکل از دو ذره به وجود می آید، سپس هسته ای با سه ذره و در نهایت هسته ای با چهار ذره شکل می گیرد. در این فرایند همچنین یک ذره الکتریکی خنثی به نام نوترینو پدیدار می گردد.
هسته نهایی شامل دو پروتون و دو نوترون است که در واقع هسته هلیوم می باشد. جرم این هسته به مقدار بسیار اندکی کمتر از جرم چهار پروتونیست که هسته از آن تشکیل شده است. جرم از دست رفته به انرژی تبدیل شده است. این مقدار از انرژی به کمک فرمول مشهور فیزیکدان آلمانی، آلبرت اینشتین، E=mc۲ قابل محاسبه است. در این معادله E به معنای انرژی، m به معنای جرم و c به معنای سرعت نور می باشد.
کمتر از ۵ درصد ستارگان در کهکشان راه شیری نورانی تر یا سنگین تر از خورشید می باشند. ولی برخی از ستارگان بیش از ۱۰۰.۰۰۰ برابر نورانی تر از خورشید، و برخی از آنها جرمی بیش از ۱۰۰ برابر جرم خورشید را دارند. از سویی دیگر، برخی ستارگان نیز کمتر از ۰۰۰۱/۰ خورشید نور دارند، و یک ستاره می تواند کمتر از ۰۷/۰ جرم خورشید را داشته باشد. ستاره های داغ تری وجود دارند که بسیار آبی تر از خورشیدند و ستارگان سردتری نیز وجود دارند که سرخ تر از خورشید هستند.
خورشید نسبتا جوان و متعلق به نسلی از ستارگان به نام “جمعیت I ستارگان” می باشد. یک نسل قدیمی تر از ستارگان را با نام “جمعیت II ستارگان” می شناسیم. احتمال وجود نسلی قدیمی تر به نام “جمعیت III ستارگان” نیز وجود دارد که البته تا کنون هیچ عضوی از این گروه شناسایی نشده است.
مناطق خورشید
خورشید و اتمسفر آن از چندین منطقه یا لایه تشکیل شده اند. از داخل به خارج، بخش داخلی خورشید متشکل از هسته، منطقه تابشی و منطقه حرارتی می باشد. اتمسفر خورشید نیز از لایه های فوتوسفر، کرومسفر، منطقه انتقالی و تاج خورشید تشکیل شده است. فراتر از تاج خورشید، بادهای خورشیدی، که معمولا جریانات برخواسته از گازهای تاج خورشید می باشند، وجود دارند.
از آنجائیکه ستاره شناسان قادر به دیدن درون خورشید نیستند، کلیه دریافت ها به صورت غیر مستقیم حاصل می گردد. برخی از اطلاعات بر اساس قسمتهای قابل مشاهده از خورشید به دست آمده اند. برخی از این اطلاعات نیز بر پایه محاسبات انجام شده با داده هایی از مناطق قابل رویت پیرامون خورشید ثبت گردیده است.

منطقه هسته از مرکز خورشید تا حدود یک چهارم به سمت سطح خورشید گسترده شده است. هسته حدود ۲ درصد از حجم خورشید اما تقریبا نصف جرم آن را دارد. حداکثر دمای این منطقه ۱۵ میلیون کلوین است. چگالی آن به ۱۵۰گرم در هر سانتیمتر مکعب، تقریبا ۱۵ برابر چگالی سرب، می رسد.
دما و چگالی بالای هسته به سبب فشار بسیار زیادی، معادل حدودا ۲۰۰ بیلیون بار بیشتر از فشار جو زمین در سطح دریا، می باشد. فشار زیاد هسته با در بر گرفتن همه گازهای خورشید، مانع از فروپاشی آن می شود. در واقع هسته با داشتن این فشار زیاد، وزن خورشید را تحمل میکند.
تقریبا همه ترکیبات اتمی در این منطقه صورت می گیرند. مانند سایر قسمتهای خورشید، هسته آن نیز، بر اساس جرم، از ۷۲ درصد هیدروژن، ۲۶ درصد هلیوم و ۲ درصد عناصر سنگین تر تشکیل شده است. ترکیبات اتمی به تدریج محتویات هسته را تغییر داده اند. در حال حاضر ۳۵ درصد از جرم هیدروژن در قسمتهای مرکزی هسته و ۶۵ درصد آن در مرزهای بیرونی هسته متمرکزند.
پیرامون هسته، پوسته ضخیمی به نام منطقه تابشی وجود دارد. ضخامت این پوسته تا ۷۰ درصد از شعاع خورشید پیش رفته است. این منطقه ۳۲ درصد از حجم و ۴۸ درصد از جرم آن را شامل می شود.
این منطقه به دلیل اینکه انرژی غالبا در این جا به صورت نور و تشعشع سفر می نماید، منطقه تابشی نام گرفته است. فوتون های به وجود آمده در هسته از میان لایه های پایدار گاز عبور می کنند. اما آنها به خاطر غلظت شدید ذرات گاز دچار پراکندگی شده و گاهی مدت ۱ میلیون سال طول می کشد که یک فوتون از این منطقه گذر کند.
در پایین منطقه تابشی، چگالی معادل ۲۲ گرم در هر سانتیمتر مکعب (حدودا دو برابر چگالی سرب) و دما ۸ میلیون K می باشد. در بالای منطقه تابشی، چگالی معادل ۰.۲ گرم در هر سانتیمتر مکعب و دما ۲ میلیون K است.
ترکیبات عناصر در منطقه تابشی از زمان تولد خورشید تا به امروز به همین شکل باقی مانده است. درصد عناصر در بالای منطقه تابشی بسیار شبیه به سطح خورشید میباشد.
بالاترین لایه درونی خورشید، منطقه حرارتی، از منطقه تابشی تا سطح خورشید کشیده شده است. این منطقه از سلول های حرارتی در حال جوش تشکیل شده است که ۶۶ درصد از حجم خورشید و تنها کمی بیش از ۲ درصد جرم آن را به خود اختصاص داده است. در بالای منطقه، چگالی نزدیک به صفر و دما حدود ۵۸۰۰ K می باشد. از آنجا که فوتون های خارج شده از منطقه تابشی باعث داغ شدن سلولهای حرارتی می گردند، این سلولها به سمت سطح خورشید در جوش و التهابند.
ستاره شناسان تا کنون دو نوع از سلولهای حرارتی را مشاهده کردند. سلولهای دانه ای (granulation) و سلولهای ریز دانه ای (supergranulation). سلولهای دانه ای حدود ۱۰۰۰ کیلومتر و سلولهای ریزدانه ای در منطقه ای باضخامت تقریبی۳۰۰۰۰ کیلومتر می باشند.
پایین ترین لایه اتمسفر خورشید فوتوسفر نام دارد. این منطقه نوری را که ما می بینیم متساطع می نماید. ضخامت فوتوسفر ۵۰۰ کیلومتر است. ولی بخش اعظم نوری که ما مشاهده می کنیم از پایین ترین قسمتهای این منطقه که ضخامت آن تنها حدود ۱۵۰ کیلومتر است ناشی می شود. ستاره شناسان گاهی این قسمت را، سطح خورشید می دانند. در پایین فوتوسفر دما ۶۴۰۰K و در بالای آن ۴۴۰۰K می باشد.
فوتوسفر از شمار زیادی دانه تشکیل شده که در بالای سلولهای دانه ای قرار دارند. یک دانه معمولی حدو ۱۵ تا ۲۰ دقیقه عمر می کند. میانگین چگالی فوتوسفر کمتر از یک میلیونیم گرم در هر سانتیمتر مکعب می باشد. به نظر می رسد که این مقدار چگالی بسیار ناچیز است اما در هر سانتیمتر مکعب از این منطقه بین ده ها تریلیون تا صدها تریلیون ذرات خاص وجود دارند.
منطقه بعدی کرومسفر است. مهمترین خصوصیت این منطقه افزایش دما بین ۱۰.۰۰۰K تا ۲۰.۰۰۰K می باشد.
ستاره شناسان نخست طیف کرومسفر را در هنگام کسوف های کامل شناسایی کردند. این طیف پس از آنکه ماه فوتوسفر را می پوشاند، قبل از پوشیده شدن کرومسفر در سایه ماه، قابل رویت است. این حالت تنها چند ثانیه به طول می کشد. خطوطی که از این طیف منتشر می شوند مانند نور فلش به طور ناگهانی به چشم می خورند، از این رو به این طیف، طیف فلش می گویند.
کرومسفر ظاهرا از تشکیلاتی شبیه میخ به نام “خار” ساخته شده است. یک خار معمولی حدود ۱۰۰۰ کیلومتر عرض و تا ۱۰.۰۰۰ کیلومتر ارتفاع دارد. چگالی کرومسفر حدود ۱۰ بیلیون تا ۱۰۰ بیلیون ذره در هر سانتیمتر مکعب است.
دمای کرومسفر تا حدود ۲۰.۰۰۰K ، و دمای تاج خورشید به بیش از ۵۰۰.۰۰۰K می رسد. بین دو منطقه مذکور، منطقه ای با میانگین دما وجود دارد که به آن منطقه انتقالی می گویند. این منطقه بیشتر انرژی خود را از تاج خورشید می گیرد و بیشتر نور خود را به شکل فرابنفش متساطع می نماید.
ضخامت منطقه انتقالی چند صد تا چندین هزار کیلومتر است. در برخی قسمتها، خارهای کرومسفر که نسبتا سرد شده اند سر بر افراشته و به اتمسفر خورشید می رسند. در برخی قسمتها نیز ترکیبات داغ تاج خورشید تا نزدیکی فوتوسفر فرو می رود.
تاج خورشید
تاج خورشید بخشی از اتمسفر آن است و دمایی متجاوز از ۵۰۰.۰۰۰K دارد. تاج خورشید متشکل از گازهای یونیزه شده به شکل رود و یا حلقه ای می باشد. ترکیبات و ساختمان تاج خورشید به صورت عمودی به سطح آن متصل است و میادین مغناطیسی که از اعماق خورشید ساطع می گردند منجر به شکل گیری این منطقه می شوند. دمای هر یک از جریانات تاج خورشید به خطوط میدان مغناطیسی شکل دهنده همان جریان بستگی دارد.
دمای نزدیک ترین بخش از تاج خورشید به سطح آن حدودا بین ۱ تا ۶ میلیون K و چگالی آن معادل ۱۰۰ میلیون تا ۱ بیلیون ذره در هر سانتیمتر مکعب می باشد. دمای این منطقه هنگام وقوع یک فوران به ده ها میلیون کلوین می رسد.

تاج بسیار داغ خورشید در فضا منتشر و دائم در آن گسترده می شود. به جریان گازهای تاج خورشید در فضا، بادهای خورشیدی می گویند. چگالی این بادها در نزدیکی خورشید تقریبا بین ۱۰ تا ۱۰۰ ذره در هر سانتیمتر مکعب می باشد.
باد خورشیدی با سرعتی معادل صدها کیلومتر در ثانیه از خورشید به هر سوی می وزد. در فواصل زیادی از خورشید یعنی فراتر از مدار پلوتو، از سرعت این باد که مافوق صوت می باشد، کاسته می شود و با گازهای میان ستاره ای ترکیب می گردد.
بادهای خورشیدی به شکل یک حباب بزرگ شبیه به قطره اشک به نام هلیوسفر، در فضای میان سیاره ای گسترده شده است. خورشید و همه سیاره های آن درون هلیوسفر می باشند. فراتر از مدار پلوتو، دورترین سیاره از خورشید، هلیوسفر به گازها و غبارهای میان ستاره ای می پیوندد. گرچه اتمهای موجود در فضای بین ستاره ای می توانند در این حباب نفوذ نمایند اما در واقع می توان گفت که همه مواد تشکیل دهنده هلیوسفر از خود خورشید ناشی می شوند.
فعالیت های خورشیدی
میدان های مغناطیسی خورشید از منطقه حرارتی، بالا رفته و از میان مناطق فوتوسفر، کرومسفر و تاج خورشیدی سر بر می آورند. این جریانات مغناطیسی منجر به شکل گیری فعالیت های خورشیدی می گردند. این فعالیت ها شامل پدیده هایی به نام لکه های خورشیدی، شعله های بلند، زبانه ها و فوران های تاج خورشید می باشند.
زبانه های خورشیدی انفجارهای مهیبی در سطح خورشید می باشند. در مدت زمانی معادل چند دقیقه یک زبانه می توانند دمای مواد موجود را تا میلیون ها درجه افزایش دهد و انرژیی آزاد نماید که معادل انرژی آزاد شده توسط یک هزار بیلیون تن TNT می باشد. این انفجارها در نزدیکی لکه های خورشیدی، معمولا در راستای خطوطی بین دو سر میدان مغناطیسی رخ می دهند.
زبانه ها انرژی را به اشکال گوناگونی مانند پرتوهای الکترومغناطیس (پرتوهای گاما و ایکس) و ذرات باردار (پروتون و الکترون) آزاد می کنند.
دانشمندان برای نخستین بار به این نتیجه رسیدند که زبانه ها و فوران های خورشیدی لرزه هایی را در اعماق خورشید به وجود می آورند که بسیار شبیه به زمین لرزه در سیاره ما می باشند. محققان زبانه ای را مشاهده نمودند که منجر به وقوع لرزه ای بسیار شدید در اعماق خورشید گردید. این لرزه ۴۰ هزار بار بیشتر از زمین لرزه شدید سانفرانسیسکو در سال ۱۹۰۶ انرژی آزاد نمود. مقدار این انرژی آزاد شده به حدی بود که می توانست برق مصرفی ایالات متحده را تا مدت ۲۰ سال تامین نماید.
مناطقی که لکه های خورشیدی و فوران ها در آنها شکل می گیرند، مناطق فعال نامیده می شوند. مقدار فعالیت های خورشیدی از ابتدای یک چرخه لکه خورشیدی، به تدریج افزایش می یابد و با گذشت پنج سال به حداکثر می رسد. تعداد لکه ها در هر زمان متفاوت است. در قسمتی از صفحه خورشید که ما می بینیم، تعداد آنها از صفر تا ۲۵۰ لکه تغییر می کند.
لکه ها ی خورشیدی مناطقی تیره و تقریبا دایره ای شکل در سطح خورشید می باشند. آنها زمانی شکل می گیرند که دسته ای از خطوط مغناطیسی درون خورشید به سطح آن می رسند.
دمای لکه ها از دمای مناطق اطرافشان کمتر و میدان مغناطیسی در آنها بسیار قوی است. دمای لکه های خورشیدی بین ۴۰۰۰ تا ۴۵۰۰ کلوین و دمای سطح خورشید ۵۷۰۰ کلوین است. به همین دلیل آنها تیره تر از سطح ستاره به نظر می رسند.
داده های رصدی از دهه ۸۰ قرن بیستم نشان می دهند که تعداد لکه های خورشیدی با شدت تابش خورشید مرتبط است. جالب این که هر چه تعداد لکه ها بیشتر باشد، شدت تابش نور خورشید بیشتر است، چون که مناطق اطراف لکه ها درخشان تر اند.
ابرنواختر ستاره ای در حال انفجار می باشد که می تواند بیلیون ها بار درخشان تر از خورشید باشد، پیش از آنکه به تدریج محو شود. در هنگام درخشندگی، نور یک ستاره منفجر شده می تواند همه یک کهکشان را تحت الشعاع قرار دهد. این انفجار، ابر عظیمی از گاز و غبار را در فضا ایجاد می نماید. جرم مواد موجود در این ابرها می تواند متجاوز از ۱۰ برابر جرم خورشید باشد.
ستاره شناسان دو نوع از ابرنواختر ها را شناسایی کرده اند. نوع اول و نوع دوم. نوع اول ابرنواخترها احتمالا در ستاره های دوتایی شکل می گیرند. ستاره دوتایی به یک جفت ستاره اطلاق می گردد که به هم نزدیکند و دور یکدیگر می چرخند. نوع اول احتمالا در دوتایی هایی رخ می دهد که یکی از آنها یک ستاره کوچک و متراکم به نام کوتوله سفید است. اگر این دو ستاره به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک باشند، جاذبه کوتوله سفید اجرام و ذرات ستاره همراه خود را به سمت خود می کشد. هنگامیکه کوتوله سفید به جرمی معادل ۴/۱ برابر جرم خورشید رسید، متلاشی و منفجر می گردد.
نوع دوم ابرنواختر در اثر مرگ یک ستاره بسیار بزرگتر از خورشید شکل می گیرد. زمانیکه چنین ستاره ای به آخر عمر خود می رسد، هسته آن به سرعت متلاشی می گردد. حجم بینهایت زیادی انرژی ناگهان به شکل نوترون (نوعی از ذرات تشکیل دهنده اتم) و پرتوهای الکترومغناطیس (نیروهای الکتریکی و مغناطیسی) آزاد می شود. این انرژی باعث تبدیل ستاره به ابرنواختر می گردد.
بیشتر ابرنواختر ها در چند روز نخست شکل گیری به حداکثر درخشندگی می رسند و تا چندین هفته درخشندگی آنها ادامه خواهد داشت. با گذشت چند ماه درخشندگی آنها کم می شود. و در طی سالها همچنان از درخشندگی آنها کاسته می گردد. تفاوت دیگر ابرنواختر ها در مقدار و ترکیب موادیست که به فضا خارج می کنند.
ابرنواختر ها همچنین می توانند اجرام گوناگونی را بر جای بگذارند. پس از برخی از انفجارهای ابرنواختر، ستاره ای کوچک و متراکم متشکل از نوترون ها و یا شاید ذرات بنیادی کوارک بر جای مانده است. به چنین ستاره ای ستاره نوترونی می گویند. به ستاره های نوترونی که به سرعت می چرخند و به شدت مغناطیسی باشند، اصطلاحا تپ اختر می گویند. پس از برخی انفجارها ممکن است جرم نامرئی به نام سیاهچاله ایجاد گردد. سیاهچاله چنان گرانشی دارد که حتی نور نیز منی تواند از آن عبور کند.
دانشمندان بر این باورند که ابرنواخترها به وجود آرندگان عناصر سنگینی چون آهن، طلا و اورانیوم که در زمین و اجرام منظومه شمسی یافت شده اند می باشند.
در سال ۱۰۵۴ ستاره شناسان چینی ابرنواختری را ثبت کردند که در تمام طول روز درخشش آن پیدا بود. این انفجار از خود یک تپ اختر و سحابی کراب که همچنان قابل رصد است را بر جای گذاشت.
در سال ۱۹۸۷، یک ابرنواختر در ابر ماژلانی، نزدیک ترین کهکشان به راه شیری، مشاهده شد. در طی ۴۰۰ سال این اولین ابرنواختری بود که با چشم غیر مسلح قابل رویت بود.

جرم (کیلوگرم) ۱.۹۸۹e+۳۰
جرم (زمین =۱) ۳۳۲,۸۳۰
شعاع استوایی (کیلومتر) ۶۹۵,۰۰۰
شعاع استوایی (زمین =۱) ۱۰۸.۹۷
میانگین چگالی (گرم در سانتیمتر مکعب) ۱.۴۱۰
دوره گردش (روز) ۲۵-۳۶
شتاب گریز از سطح (کیلومتر در ثانیه) ۶۱۸.۰۲
درخشندگی (ارگ* در ثانیه) ۳.۸۲۷e۳۳
میانگین دمای سطح ۶,۰۰۰°C
سن (بیلیون سال) ۴.۵
عناصر اصلی شیمیایی ۹۲.۱%
هیدروژن ۷.۸%
هلیوم ۰.۰۶۱%
اکسیژن ۰.۰۳۰%
کربن ۰.۰۰۸۴%
نیتروژن ۰.۰۰۷۶%
نئون ۰.۰۰۳۷%
آهن ۰.۰۰۳۱%
سیلیکون ۰.۰۰۲۴%
منیزیوم ۰.۰۰۱۵%
گوگرد ۰.۰۰۱۵%
انرژی خورشیدی
خورشید نه تنها خود منبع عظیم انرژی است، بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. طبق برآوردهای علمی در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی تا ۵ میلیارد سال آینده به حساب آورد.
قطر خورشید ۶۱۰ × ۳۹/۱ کیلومتر است و از گازهایی نظیر هیدروژن (۸/۸۶ درصد) هلیوم (۳ درصد) و ۶۳ عنصر دیگر که مهم‌ترین آنها اکسیژن – کربن – نئون و نیتروژن است تشکیل شده‌است.
میزان دما در مرکز خورشید حدود ۱۰ تا ۱۴ میلیون درجه سانتیگراد می‌باشد که از سطح آن با حرارتی نزدیک به ۵۶۰۰ درجه و به صورت امواج الکترو مغناطیسی در فضا منتشر می‌شود.
زمین در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری خورشید واقع است و ۸ دقیقه و ۱۸ ثانیه طول می‌کشد تا نور خورشید به زمین برسد. بنابراین سهم زمین در دریافت انرژی از خورشید حدود از کل انرژی تابشی آن می‌باشد.
جالب است بدانید که سوختهای فسیلی ذخیره شده در اعماق زمین، انرژیهای باد و آبشار و امواج دریاها و بسیاری موارد دیگر از جمله نتایج همین مقدار انرژی دریافتی زمین از خورشید می‌باشد.
شناخت انرژی خورشیدی و استفاده از آن برای منظورهای مختلف به زمان ماقبل تاریخ باز می‌گردد. شاید به دوران سفالگری، در آن هنگام روحانیون معابد به کمک جامهای بزرگ طلائی صیقل داده شده و اشعه خورشید، آتشدانهای محرابها را روشن می‌کردند. یکی از فراعنه مصر معبدی ساخته بود که با طلوع خورشید درب آن باز و با غروب خورشید درب بسته می‌شد.
ولی مهم‌ترین روایتی که درباره استفاده از خورشید بیان شده داستان ارشمیدس دانشمند و مخترع بزرگ یونان قدیم می‌باشد که ناوگان روم را با استفاده از انرژی حرارتی خورشید به آتش کشید گفته می‌شود که ارشمیدس با نصب تعداد زیادی آئینه‌های کوچک مربعی شکل در کنار یکدیگر که روی یک پایه متحرک قرار داشته‌است اشعه خورشید را از راه دور روی کشتیهای رومیان متمرکز ساخته و به این ترتیب آنها را به آتش کشیده‌است. در ایران نیز معماری سنتی ایرانیان باستان نشان دهنده توجه خاص آنان در استفاده صحیح و مؤثر از انرژی خورشید در زمان‌های قدیم بوده‌است.
با وجود به آنکه انرژی خورشید و مزایای آن در قرون گذشته به خوبی شناخته شده بود ولی بالا بودن هزینه اولیه چنین سیستمهایی از یک طرف و عرضه نفت و گاز ارزان از طرف دیگر سد راه پیشرفت این سیستمها شده بود تا اینکه افزایش قیمت نفت در سال ۱۹۷۳ باعث شد که کشورهای پیشرفته صنعتی مجبور شدند به مسئله تولد انرژی از راههای دیگر (غیر از استفاده سوختهای فسیلی) توجه جدی‌تری نمایند.
در عصر حاضر از انرژی خورشیدی توسط سیستم‌های مختلف و برای مقاصد متفاوت استفاده و بهره‌گیری می‌شود که عبارت‌اند از:
1. استفاده از انرژی حرارتی خورشید برای مصارف خانگی، صنعتی و نیروگاهی.
2. تبدیل مستقیم پرتوهای خورشید به الکتریسیته بوسیله تجهیزاتی به نام فتوولتائیک.
[ویرایش] استفاده از انرژی حرارتی خورشید
یک فروند هواپیمای آزمایشی خورشیدی ناسا
این بخش از کاربردهای انرژی خورشید شامل دو گروه نیروگاهی و غیر نیروگاهی میباشد.
تأسیساتی که با استفاده از آنها انرژی جذب شده حرارتی خورشید به الکتریسیته تبدیل می‌شود نیروگاه حرارتی خورشیدی نامیده می‌شود این تأسیسات بر اساس انواع متمرکز کننده‌های موجود و بر حسب اشکال هندسی متمرکز کننده‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:
• نیروگاههایی که گیرنده آنها آینه‌های سهموی ناودانی هستند (شلجمی باز)
• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها در یک برج قرار دارد و نور خورشید توسط آینه‌های بزرگی به نام هلیوستات به آن منعکس می‌شود. (دریافت کننده مرکزی)
• نیروگاه‌هایی که گیرنده آنها بشقابی سهموی (دیش) می‌باشد (شلجمی بشقابی)
قبل از توضیح در خصوص نیروگاه خورشیدی بهتر است شرح مختصری از نحوه کارکرد نیروگاه‌های تولید الکتریسیته داده شود. بهتر است بدانیم در هر نیروگاهی اعم از نیروگاههای آبی، نیروگاههای بخاری و نیروگاههای گازی برای تولید برق از ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شود که با چرخیدن این ژنراتورها برق تولید می‌شود. این ژنراتورهای الکتریکی انرژی دورانی خود را از دستگاهی بنام توربین تأمین می‌کنند. بدین ترتیب می‌توان گفت که ژنراتورها انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. تأمین کننده انرژی جنبشی ژنراتورها، توربین‌ها هستند توربینها انواع مختلف دارند در نیروگاههای بخاری توربینهایی وجود دارند که بخار با فشار و دمای بسیار بالا وارد آنها شده و موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین میگردد. در نیروگاه‌های آبی که روی سدها نصب می‌شوند انرژی پتانسیل موجود در آب موجب به گردش در آمدن پره‌های توربین می‌شود.
بدین ترتیب می‌توان گفت در نیروگاههای آبی انرژی پتانسیل آب به انرژی جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود، در نیروگاههای حرارتی بر اثر سوختن سوختهای فسیلی مانند مازوت، آب موجود در سیستم بسته نیروگاه داخل دیگ بخار (بویلر) به بخار تبدیل می‌شود و بدین ترتیب انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود در نیروگاههای گازی توربینهایی وجود دارد که بطور مستقیم بر اثر سوختن گاز به حرکت درآمده و ژنراتور را می‌گرداند و انرژی حرارتی به جنبشی و سپس به الکتریکی تبدیل می‌شود. و اما در نیروگاههای حرارتی خورشیدی وظیفه اصلی بخش‌های خورشیدی تولید بخار مورد نیاز برای تغذیه توربینها است یا به عبارت دیگر می‌توان گفت که این نوع نیروگاهها شامل دو قسمت هستند:
• سیستم خورشیدی که پرتوهای خورشید را جذب کرده و با استفاده از حرارت جذب شده تولید بخار می‌نماید.
• سیستمی موسوم به سیستم سنتی که همانند دیگر نیروگاههای حرارتی بخار تولید شده را توسط توربین و ژنراتور به الکتریسیته تبدیل می‌کند.
در این نیروگاهها، از منعکس کننده‌هایی که به صورت سهموی خطی می‌باشند جهت تمرکز پرتوهای خورشید در خط کانونی آنها استفاده می‌شود و گیرنده به صورت لوله‌ای در خط کانونی منعکس کننده‌ها قرار دارد. در داخل این لوله روغن مخصوصی در جریان است که بر اثر حرارت پرتوهای خورشید گرم و داغ می‌گردد.
روغن داغ از مبدل حرارتی عبور کرده و آب را به بخار به مدارهای مرسوم در نیروگاههای حرارتی انتقال داده می‌شود تا به کمک توربین بخار و ژنراتور به توان الکتریکی تبدیل گردد.
برای بهره‌گیری بیشتر و افزایش بازدهی لوله دریافت کننده سطح آن را با اکسید فلزی که ضریب بالایی دارد پوشش می‌دهند و همچنین در محیط اطراف آن لوله شیشه‌ای به صورت لفاف پوشیده می‌شود تا از تلفات گرمایی و افت تشعشعی جلوگیری گردد و نیز از لوله دریافت کننده محافظت بعمل آید.
ضمناً بین این دو لوله خلاء بوجود می‌آوردند برای آنکه پرتوهای تابشی خورشید در تمام طول روز به صورت مستقیم به لوله دریافت کننده برسد.
در این نیروگاهها یک سیستم ردیاب خورشید نیز وجود دارد که بوسیله آن آینه‌های شلجمی دائماً خورشید را دنبال می‌کنند و پرتوهای آن را روی لوله دریافت کننده متمرکز می‌نمایند.
تغییرات تابش خورشید در این نیروگاهها توسط منبع ذخیره و گرمکن سوخت فسیلی جبران می‌شوند. در چند کشور نظیر ایالات متحده آمریکا – اسپانیا – مصر – مکزیک – هند و مراکش از نیروگاه‌های سهموی خطی استفاده شده‌است که این نیروگاهها یا در مرحله ساخت و یا در مرحله بهره‌برداری قرار دارند. در ایران نیز تحقیقات و مطالعاتی در زمینه این نیروگاهها انجام شده و پروژه یک نیروگاه تحقیقاتی با ظرفیت ۳۵۰ کیلووات توسط سازمان انرژیهای نو ایران در شیراز در حال انجام می‌باشد و انتظار می‌رود تا پایان سال ۸۳ به بهره‌برداری برسد.
کلیه مراحل مطالعاتی، طراحی و ساخت این نیروگاه‌ به طور کامل توسط مختصصین و مهندسان ایرانی انجام می‌پذیرد.
بدیهی است که با افزایش ظرفیت فنی و علمی که در اثر اجرای پروژه نیروگاه خورشیدی شیراز عابد محققین مجرب ایرانی می‌شود ایران در زمره محدود کشورهای سازنده نیروگاه‌های خورشید از نو ع متمرکز کننده‌های سهموی خطی قرار خواهند گرفت.
نیروگاههای حرارتی از نوع دریافت کننده مرکزی
در این نیروگاه‌ها پرتوهای خورشیدی توسط مزرعه‌ای متشکل از تعداد زیادی آینه منعکس کننده بنام هلیوستات بر روی یک دریافت کننده که در بالای برج نسبتاً بلندی استقرار یافته‌است متمرکز می‌گردد. در نتیجه روی محل تمرکز پرتوها انرژی گرمایی زیادی بدست می‌آید که این انرژی بوسیله سیال عامل که داخل دریافت کننده در حرکت است، جذب می‌شود و بوسیله مبدل حرارتی به سیستم آب و بخار مرسوم در نیروگاه‌های سنتی منتقل شده و بخار فوق گرم در فشار و دمای طراحی شده برای استفاده در توربین ژنراتور تولید می‌گردد.
این سیال عامل در مبدلهای حرارتی در کنار آب قرار گرفته و موجب تبدیل آن به بخار با فشار و حرارت بالا میگردد. در برخی از سیستم‌ها سیال عامل آب است و مستقیماً در داخل دریافت کننده به بخار تبدیل می‌شود.
برای استفاده دائمی از این نوع نیروگاه‌ در زمانی که تابش خورشید وجود ندارد مثلاً ساعات ابری یا شبها از سیستم‌های ذخیره کننده حرارت و یا احیاناً از تجهیزات پشتیبانی که ممکن است از سوخت فسیلی استفاده کنند جهت ایجاد بخار برای تولید برق کمک گرفته می‌شود.
مطالعات و تحقیقات در زمینه فناوری و سیستمهای این نیروگاه‌ها ادامه دارد و آزمایشگاهها و مؤسسات متعددی در سراسر دنیا در این زمینه فعالیت می‌کنند.
مطالعات ساخت اولین نیروگاه خورشیدی ایران از نوع دریافت کننده مرکزی توسط سازمان انرژیهای نو ایران و با کمک شرکتهای مشاور و سازنده داخلی با ظرفیت یک مگاوات و سیال عامل آب و بخار در طالقان جریان دارد. کلیه مطالعات اولیه و پتانسیل سنجی و طراحی نیروگاه به انجام رسیده و یک نمونه هلیوستات نیز ساخته شده‌است.
در این نیروگاهها از منعکس کننده‌هایی که به صورت شلجمی بشقابی می‌باشد جهت تمرکز نقطه‌ای پرتوهای خورشیدی استفاده می‌گردد و گیرنده‌هایی که در کانون شلجمی قرار میگیرند به کمک سیال جاری در آن انرژی گرمایی را جذب نموده و به کمک یک ماشین حرارتی و ژنراتور آن را به نوع مکانیکی و الکتریکی تبدیل می‌نماید.
دودکش‌های خورشیدی

روش دیگر برای تولید الکتریسیته از انرژی خورشید استفاده از برج نیرو یا دودکش‌های خورشیدی میباشد در این سیستم از خاصیت دودکش‌ها استفاده می‌شود به این صورت که با استفاده از یک برج بلند به ارتفاع حدود ۲۰۰ متر و تعداد زیادی گرم خانه‌های خورشیدی که در اطراف آن است هوای گرمی که بوسیله انرژی خورشیدی در یک گرمخانه تولید می‌شود و به طرف دودکش یا برج که در مرکز گلخانه‌ها قرار دارد، هدایت می‌شود.
این هوای گرم بعلت ارتفاع زیاد برج با سرعت زیاد صعود کرده و با عث چرخیدن پروانه و ژنراتوری که در پایین برج نصب شده‌است می‌گردد و بوسیله این ژنراتور برق تولید می‌شود هم اکنون یک نمونه از این سیستم در ۱۶۰ کیلومتری جنوب مادرید احداث گردیده که ارتفاع برج آن به ۲۰۰ متر می‌رسد.
مزایای نیروگاههای خورشیدی
نیروگاه‌های خورشیدی که انرژی خورشید را به برق تبدیل می‌کنند امید است در آینده با مزایای قاطعی که در برابر نیروگاه‌های فسیلی و اتمی دارند به خصوص اینکه سازگار با محیط زیست می‌باشند، مشکل برق بخصوص در دوران انجام ذخائر نفت و گاز را حل نمایند. تأسیس و بکارگیری نیروگاه‌های خورشیدی آینده‌ای پر ثمر و زمینه‌ای گسترده را برای کمک به خودکفایی و قطع وابستگی کشور به صادرات نفت فراهم خواهد کرد. اکنون شایسته‌است که به ذکر چند مورد از مزایای این نیروگاه‌ها بپردازیم.
الف) تولید برق بدون مصرف سوخت
نیروگاه‌های خورشیدی نیاز به سوخت ندارند و برخلاف نیروگاه‌های فسیلی که قیمت برق تولیدی آنها تابع قیمت نفت بوده و همیشه در حال تغییر می‌باشد. در نیروگاه‌های خورشیدی این نوسان وجود نداشته و می‌توان بهای برق مصرفی را برای مدت طولانی ثابت نگهداشت.
ب) عدم احتیاج به آب زیاد
نیروگاه‌های خورشیدی بخصوص دودکشهای خورشیدی با هوای گرم احتیاج به آب ندارند لذا برای مناطق خشک مثل ایران بسیار حائز اهمیت می‌باشند. (نیروگاه‌های حرارتی سنتی هنگام فعالیت نیاز به آب مصرفی زیادی دارند).
پ) عدم آلودگی محیط زیست
نیروگاه‌های خورشیدی ضمن تولید برق هیچگونه آلودگی در هوا نداشته و مواد سمّی و مضر تولید نمی‌کنند در صورتی که نیروگاه‌های فسیلی هوا و محیط اطراف خود را با مصرف نفت – گاز و یا ذغال سنگ آلوده کرده و نیروگاه‌های اتمی با تولید زباله‌های هسته‌ای خود که بسیار خطرناک و رادیواکتیو هستند محیط زندگی را آلوده و مشکلات عظیمی را برای ساکنین کره زمین بوجود می‌آورند.
ت) امکان تأمین شبکه‌های کوچک و ناحیه‌ای
نیروگاه‌های خورشیدی می‌توانند با تولید برق به شبکه سراسری برق نیرو برسانند و در عین امکان تأمین شبکه‌های کوچک ناحیه‌ای، احتیاج به تأسیس خطوط فشار قوی طولانی جهت انتقال برق ندارند و نیاز به هزینه زیاد احداث شبکه‌های انتقال نمی‌باشد.
ث) استهلاک کم و عمر زیاد
نیروگاه‌های خورشیدی بدلایل فنی و نداشتن استهلاک زیاد دارای عمر طولانی می‌باشند در حالی که عمر نیروگاه‌های فسیلی بین ۱۵ تا ۳۰ سال محاسبه شده‌است.
ج) عدم احتیاج به متخصص
نیروگاه‌های خورشیدی احتیاج به متخصص عالی ندارند و میتوان آنها را بطور اتوماتیک بکار انداخت، در صورتی که در نیروگاه‌های اتمی وجود متخصصین در سطح عالی ضروری بوده و این دستگاهها احتیاج به مراقبتهای دائمی و ویژه دارند.
کابردهای غیر نیروگاهی از انرژی حرارتی خورشید شامل موارد متعددی می‌باشد که اهم آنها عبارت‌اند از: آبگرمکن و حمام خورشیدی – سرمایش و گرمایش خورشیدی – آب شیرین کن خورشیدی – خشک کن خورشیدی – اجاق خورشیدی – کوره‌های خورشیدی و خانه‌های خورشیدی.
الف – آبگرمکن‌های خورشیدی و حمام خورشیدی
تولید آب گرم مصرفی ساختمانها اقتصادی‌ترین روشهای استفاده از انرژی خورشیدی است می‌توان از انرژی حرارتی خورشید جهت تهیه آب گرم بهداشتی در منازل و اماکن عمومی به خصوص در مکانهایی که مشکل سوخت رسانی وجود دارد استفاده کرد. چنانچه ظرفیت این سیستمها افزایش یابد می‌توان از آنها در حمامهای خورشیدی نیز استفاده نمود. تاکنون با توجه به موقعیت جغرافیایی ایران تعداد زیادی آب گرمکن خورشیدی و چندین دستگاه حمام خورشیدی در نقاط مختلف کشور از جمله استان‌های خراسان – سیستان و بلوچستان و یزد نصب و راه اندازی شده‌است.
ب – گرمایش و سرمایش ساختمان و تهویه مطبوع خورشیدی
خانه خورشیدی شماره ۱ MIT، ساخته شده در سال ۱۹۳۹، که در آن از مخزن گرمای فصلی برای بکارگیری گرمای آن در طول سال استفاده شده است.
گرمایش و سرمایش ساختمانها با استفاده از انرژی خورشید، ایده تازه‌ای بود که در سالهای ۱۹۳۰ مطرح شد و در کمتر از یک دهه به پیشرفتهای قابل توجهی رسید. با افزودن سیستمی معروف به سیستم تبرید جذبی به سیستم‌های خورشیدی می‌توان علاوه بر آب گرم مصرفی و گرمایش از این سیستم‌ها در فصول گرما برای سرمایش ساختمان نیز استفاده کرد.
پ – آب شیرین کن خورشیدی
هنگامی که حرارت دریافت شده از خورشید با درجه حرارت کم روی آب شور اثر کند تنها آب تبخیر شده و املاح باقی می‌ماند.
سپس با استفاده از روشهای مختلف می‌توان آب تبخیر شده را تنظیم کرده و به این ترتیب آب شیرین تهیه کرد. با این روش می‌توان آب بهداشتی مورد نیاز در نقاطی که دسترسی به آب شیرین ندارند مانند جزایر را تأمین کرد.
آب شیرین خورشیدی در دو اندازه خانگی و صنعتی ساخته می‌شوند. در نوع صنعتی با حجم بالا می‌توان برای استفاده شهرها آب شیرین تولید کرد.
ت – خشک کن خورشیدی
خشک کردن مواد غذایی برای نگهداری آنها از زمانهای بسیار قدیم مرسوم بوده و انسان‌های نخستین خشک کردن را یک هنر می‌دانستند.
خشک کردن عبارت است از گرفتن قسمتی از آب موجود در مواد غذایی و سایر محصولات که باعث افزایش عمر انباری محصول و جلوگیری از رشد باکتریها می‌باشد. در خشک کن‌های خورشیدی بطور مستقیم و یا غیر مستقیم از انرژی خورشیدی جهت خشک نمودن مواد استفاده می‌شود و هوا نیز به صورت طبیعی یا اجباری جریان یافته و باعث تسریع عمل خشک شدن محصول می‌گردد. خشک کن‌های خورشیدی در اندازه‌ها و طرحهای مختلف و برای محصولات و مصارف گوناگون طراحی و ساخته می‌شوند.
ث – اجاقهای خورشیدی
دستگاههای خوراک پز خورشیدی اولین بار بوسیله شخصی بنام نیکلاس ساخته شد. اجاق او شامل یک جعبه عایق بندی شده با صفحه سیاهرنگی بود که قطعات شیشه‌ای درپوش آنرا تشکیل می‌داد اشعه خورشید با عبور از میان این شیشه‌ها وارد جعبه شده و بوسیله سطح سیاه جذب می‌شد سپس درجه حرارت داخل جعبه را به ۸۸ درجه افزایش می‌داد. اصول کار اجاق خورشیدی جمع آوری پرتوهای مستقیم خورشید در یک نقطه کانونی و افزایش دما در آن نقطه می‌باشد. امروزه طرحهای متنوعی از این سیستم‌ها وجود دارد که این طرحها در مکانهای مختلفی از جمله آفریقای جنوبی آزمایش شده و به نتایج خوبی نیز رسیده‌اند. استفاده از این اجاقها به ویژه در مناطق شرقی کشور ایران که با مشکل کمبود سوخت مواجه می‌باشند بسیار مفید خواهد بود.
ج – کوره خورشیدی
در قرن هجدهم نوتورا اولین کوره خورشیدی را در فرانسه ساخت و بوسیله آن یک تل چوبی را در فاصله ۶۰ متری آتش زد.
بسمر پدر فولاد جهان نیز حرارت مورد نیاز کوره خود را از انرژی خورشیدی تأمین می‌کرد. متداولترین سیستم یک کوره خورشیدی متشکل از دو آینه یکی تخت و دیگری کروی می‌باشد. نور خورشید به آینه تخت رسیده و توسط این آینه به آینه کروی بازتابیده می‌شود. طبق قوانین اپتیک هر گاه دسته پرتوی موازی محور آینه با آن برخورد نماید در محل کانون متمرکز می‌شوند به این ترتیب انرژی حرارتی گسترده خورشید در یک نقطه جمع می‌شود که این نقطه به دماهای بالایی می‌رسد. امروزه پروژه‌های متعددی در زمینه کوره‌های خورشید در سراسر جهان در حال طراحی و اجراء می‌باشد.
چ – خانه‌های خورشیدی
ایرانیان باستان از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف چوب در گرم کردن خانه‌های خود در زمستان استفاده می‌کردند. آنان ساختمانها را به ترتیبی بنا می‌کردند که در زمستان نور خورشید به داخل اتاقهای نشیمن می‌تابید ولی در روزهای گرم تابستان فضای اتاق در سایه قرار داشت. در اغلب فرهنگ‌های دیگر دنیا نیز می‌توان نمونه‌هایی از این قبیل طرحها را مشاهده نمود. در سالهای بین دو جنگ جهانی در اروپا و ایالات متحده طرحهای فراوانی در زمینه خانه‌های خورشیدی مطرح و آزمایش شد. از آن زمان به بعد تحول خاصی در این زمینه صورت نگرفت. حدود چند سالی است که معماران بطور جدی ساخت خانه‌های خورشیدی را آغاز کرده‌اند و به دنبال تحول و پیشرفت این تکنولوژی به نتایج مفیدی نیز دست یافته‌اند مثلاً در ایالات متحده در سال ۱۸۹۰ به تنهایی حدود ۱۰ تا ۲۰ هزار خانه خورشیدی ساخته شده‌است. در این گونه خانه‌ها سعی می‌شود از انرژی خورشید برای روشنایی – تهیه آب گرم بهداشتی – سرمایش و گرمایش ساختمان استفاده شود و با بکار بردن مصالح ساختمانی مفید از اتلاف گرما و انرژی جلوگیری شود.
در ایران نیز پروژه ساخت اولین ساختمان خورشیدی واقع در ضلع شمالی دانشگاه علم و صنعت و به منظور مطالعه و پژوهش در خصوص بهینه سازی مصرف انرژی و امکان بررسی روشهای استفاده از انواع انرژیهای تجدیدپذیر به ویژه انرژی خورشیدی اجرا گردیده‌است. سشمشئلالل
یک سلول خورشیدی
به پدیده‌ای که در اثر تابش نور بدون استفاه از مکانیزم‌های محرک، الکتریسیته تولید کند پدیده فتوولتائیک و به هر سیستمی که از این پدیده‌ها استفاده کند سیستم فتوولتائیک گویند. سیستم‌های فتوولتائیک یکی از پر مصرف‌ترین کاربرد انرژی‌های نو می‌باشند و تاکنون سیستم‌های گوناگونی با ظرفیت‌های مختلف (۵/۰ وات تا چند مگاوات) در سراسر جهان نصب و راه اندازی شده‌است و با توجه به قابلیت اطمینان و عملکرد این سیستم‌ها هر روزه بر تعداد متقاضیان آنها افزوده می‌شود. از سری و موازی کردن سلولهای آفتابی می‌توان به جریان و ولتاژ قابل قبولی دست یافت. در نتیجه به یک مجموعه از سلولهای سری و موازی شده پنل (Panel) فتوولتائیک می‌گویند. امروزه اینگونه سلولها عموماً از ماده سیلیسیم تهیه می‌شود و سیلیسیم مورد نیاز از شن و ماسه تهیه می‌شود که در مناطق کویری کشور، به فراوانی یافت می‌گردد. بنابراین از نظر تأمین ماده اولیه این سلولها هیچگونه کمبودی در ایران وجود ندارد. سیستمهای شکست در تجزیه (خطای lexing): فتوولتائیک را می‌توان
بطور کلی به سه بخش اصلی تقسیم نمود که بطور خلاصه به توضیح آنها می‌پردازیم.
۱ – پنلهای خورشیدی:
پنل‌های خورشیدی بکار رفته در ایستگاه فضایی بین‌المللی در سال ۲۰۰۱.
این بخش در واقع مبدل انرژی تابشی خورشید به انرژی الکتریکی بدون واسطه مکانیکی می‌باشد. لازم به این بخش در واقع کلیه مشخصات سیستم را کنترل کرده وتوان ورودی پنلها را طبق طراحی انجام شده و نیاز مصرف کننده به بار یا باتری تزریق و کنترل می‌کند لازم به ذکر است که در این بخش مشخصات و عناصر تشکیل دهنده با توجه به نیازهای بار الکتریکی و مصرف کننده و نیز شرایط آب و هوایی محلی تغییر می‌کند.
۳ – مصرف کننده یا بار الکتریکی:
با توجه به خروجی DC پنلهای فتوولتائیک، مصرف کننده می‌تواند دو نوع DC یا AC باشد، همچنین با آرایشهای مختلف پنلهای فتوولتائیک می‌توان نیاز مصرف کنندگان مختلف را با توانهای متفاوت تأمین نمود. با توجه به کاهش روز افزون ذخائر سوخت فسیلی و خطرات ناشی از بکارگیری نیروگاههای اتمی، گمان قوی وجود دارد که در آینده‌ای نه چندان دور سلولهای خورشیدی به انرژی برق به‌عنوان جایگزین مناسب و بی خطر برای سوختهای فسیلی و نیروگاههای اتمی توسط بشر بکار گرفته شود.
• مصارف فضانوردی و تأمین انرژی مورد نیاز ماهواره‌ها جهت ارسال پیام
• روشنایی خورشیدی:
در حال حاضر روشنایی خورشیدی بالاترین میزان کاربرد سیستم‌های فتوولتائیک را در سراسر جهان دارد و سالانه دهها هزار نمونه از این سیستم در سراسر جهان نصب و راه اندازی می‌گردد، مانند برق جاده‌ها و تونلها بخصوص در مناطقی که به شبکه برق دسترسی ندارند، تأمین برق پاسگاههای مرزی که دور از شبکه برق هستند، تأمین برق مناطقی شکاربانی و مناطق حفاظت شده نظیر جزیره‌های دور افتاده که جنبه نظامی دارند.
• سیستم تغذیه کننده یک واحد مسکونی:
انرژی مورد نیاز کلیه لوازم برقی منازل (شهری و روستایی) و مراکز تجاری را می‌توان با استفاده از پنلهای فتوولتائیک و سیستمهای ذخیره کننده و کنترل نسبتاً ساده، تأمین نمود.
• سیستم پمپاژ خورشیدی:
سیستم پمپهای فتوولتائیک قابلیت استحصال آب از چاهها، قنوات، چشمه‌ها، رودخانه‌ها و ….. را جهت مصارف متنوعی دارا می‌باشد.
• سیستم تغذیه کننده ایستگاههای مخابراتی و زلزله نگاری:
اغلب ایستگاههای مخابراتی و یا زلزله نگاری در مکانهای فاقد شبکه سراسری و صعب العبور و یا در محلی که احداث پست فشار قوی به فشار ضعیف و تأمین توان الکتریکی ایستگاه مذکور صرفه اقتصادی و حفاظت الکتریکی ندارد نصب شده‌اند.
• ماشین حساب، ساعت، رادیو، ضبط صوت و وسایل بازی کودکانه یا هر نوع وسیله‌ای که تاکنون با باطری خشک کار می‌کرده‌است یکی دیگر از کاربردهای این سیستم می‌باشد.
مثلاً ژاپن در سال ۱۹۸۳ حدود ۳۰ میلیون ماشین حساب خورشیدی تولید کرده‌است که سلولهای خورشیدی بکار گرفته در آنها مساحتی حدود ۰۰۰/۲۰ متر مربع و توان الکتریکی معادل ۵۰۰ کیلووات داشته‌اند.
• نیروگاههای فتوولتائیک:
هم‌زمان با استفاده از سیستم‌های فتوولتائیک در بخش انرژی الکتریکی مورد نیاز ساختمانها اطلاعات و تجربیات کافی جهت احداث واحدهای بزرگ‌تر حاصل گردید و همه اکنون در بسیاری از کشورهای جهان نیروگاه فتوولتائیک در واحدهای کوچک و بزرگ و به صورت اتصال به شبکه و یا مستقل از شبکه نصب و راه اندازی شده‌است ولی این تأسیسات دارای هزینه ساخت، راه اندازی و نگهداری بالایی می‌باشند که فعلاً مقرون به صرفه و اقتصادی نیست.
• یخچالهای خورشیدی:
از یخچالهای خورشیدی جهت سرویس دهی و ارائه خدمات بهداشتی و تغذیه‌ای در مناطق دور افتاده و صعب العبور استفاده می‌گردد. عملکرد مناسب یخچالهای خورشیدی تا حدی بوده‌است که در طی ۵ سال گذشته بیش از ۱۰۰۰۰ یخچال خورشیدی برای کاربردهای بهداشتی و درمانی در سراسر آفریقا راه اندازی شده‌است.
• سیستم تغذیه کننده پرتابل یا قابل حمل:
قابلیت حمل و نقل و سهولت در نصب و راه اندازی از جمله مزایای این سیستم‌ها می‌باشد بازده توان این سیستم‌ها از ۱۰۰ وات الی یک کیلو وات تعریف شده‌است. از جمله کاربردهای آن می‌توان به تأمین برق اضطراری در مواقع بروز حوادث غیر مترقبه، سیستم تغذیه کننده یک چادر عشایری و کمپ‌های جنگلی اشاره نمود.
مرگ خورشید
آیا ستاره‌ها زنده‌اند؟!
ستاره شناسان ستاره‌ها را مانند موجودات زنده می‌دانند که مراحل تولد ، زندگی و مرگ را در طول عمر خود می‌گذرانند. این مراحل که برای انسان حدود چند ده سال طول می‌کشد. در مورد ستاره‌ها از چند میلیون تا چند میلیارد سال متغیر است. یک ستاره پس از تولد و گذران عمر ، وارد مرحله مرگ و پایان موجودیت می‌شود. خورشید ما هم که یک ستاره است، از این قاعده مستثنی نیست.
غول سرخ خورشید
ذخایر هیدروژن خورشید به ما این وعده را می‌دهد که تا حدود 5 میلیارد سال دیگر دغدغه‌ای نداشته باشیم. خورشید تقریبا بصورت امروزی ، ستاره‌ای زرد که به اندازه قرص ماه دیده می‌شود، خواهد بود. ولی 5 میلیارد سال بعد بیشتر هیدروژن موجود در هسته خورشید ، گداخته شده و صرف تهیه هلیوم می‌شود. در آن زمان جاذبه باعث انقباض هسته شده و فشار و دمای آن را افزایش خواهد داد. هیدروژن شروع به سوختن در پوسته اطراف هسته خواهد کرد.

 

انرژی حاصل از همجوشی هسته‌ای در پوسته ، باعث انبساط لایه‌های خارجی خواهد شد، تا اینکه خورشید تبدیل به یک غول سرخ شود. هلیوم هم به کربن و اکسیژن تبدیل خواهد شد.
خورشید کوتوله
وقتی خورشید منبسط می‌شود تا تبدیل به یک غول سرخ شود ، قطرش حدود 150 برابر بزرگتر می‌شود (بدلیل همین افزایش حجم است که غول نامیده می‌شود). با افزایش حجم ، دمای سطح خورشید به آرامی کاهش می‌یابد و گازهای منبسط شده و داغ حرارت خود را از دست می‌دهند. رنگ خورشید از زرد به نارنجی و سپس قرمز تغییر می‌کند. بخاطر بزرگتر شدن سطح خورشید ، درخشندگی آن هزار برابر افزایش یافته و نور بیشتری ساطع می‌کند.

خورشید مدت 100 میلیون سال را به شکل یک غول سرخ سپری خواهد کرد، سپس لایه‌های سست بیرونی از آن جدا خواهند شد. سرانجام خورشید به شکل یک کوتوله سفید باقی مانده و به تدریج از بین خواهد رفت.
زمین سوگوار
• در مراحل پایانی عمر خورشید ، هنگامی که این ستاره به غول سرخ تبدیل می‌شود، از آسمان آبی گرفته تا سایه رنگهای سپیده و شامگاه ، کلیه پدیده‌های جوی ، عمیقا تحت تأثیر قرار می‌گیرند. زمین سرد نمی‌شود بلکه برعکس افزایش ‌مساحت خورشید ، کاهش دما را جبران می‌کند و دما از حد معمول هم بسیار فراتر می‌رود. تمام موجودات زنده از بین می‌روند و زمین در غم از دست دادن آنها و خورشید به سوگ می‌نشیند.
• با افزایش دما یخ پهنه‌های قطبی شروع به ذوب شدن می‌کنند. سطح اقیانوسها بالا می‌آیند و لایه ضخیمی از ابر ایجاد می‌کنند که برای مدتی خورشید را پنهان می‌کند. این ابرها تقابل اقلیمی میان قطبها و استوا را از بین می‌برند. نوعی جنگل آمازون داغ و مرطوب سراسر زمین را می‌پوشاند. سپس جو زمین شروع به تبخیر شدن می‌کند. گیاهان خشک شعله‌ور می‌شوند. شعله‌های آتش با استفاده از اکسیژن باقیمانده ، همه مواد آلی موجود را مصرف می‌کند. طبیعتی شبیه به ماه کنونی پدید می‌آید.
• در صخره سنگهای قاره‌ای و اعماق حوزه‌هایی که تبخیر شده‌اند، حاکمیت عصر معادن بار دیگر جایگاهی را که در نخستین سالهای عمر سیاره داشت، باز می‌یابد. پس از گذشت چند صد هزار سال ، خود صخره نیز شروع به ذوب شدن می‌کند. زیر آبشاری از حرارت سرخ ، امواج گدازه های فروزان از کوهها سرازیر و در اعماق اقیانوسهای کهن جمع می‌شوند. خورشید سرخ به گسترش خود ادامه می‌دهد و باد نیرومند ستاره‌ای به بیرون می‌فرستد.

سیارات عطارد و زهره تحت تأثیر آن به آرامی تبخیر می‌شوند. این توفان شدید مواد آنها را جارو کرده و به صورت امواج متلاطمی از بخار به هوا می‌فرستد. از این ماده رقیق ممکن است سحابیهای جدید شکل گرفته و در میان آنها ستارگان و منظومه‌های سیاره‌ای جدید پدیدار شوند.
منابع :
خورشید http://www.academist.ir
http://www.worldbookonline.com
http://www.solarviewscom
مرگ خورشید http://daneshnameh.roshd.ir
انرژی خورشیدی http://fa.wikipedia.org
خورشید http://daneshnameh.roshd.ir